电厂闭式循环冷却水泵双速运行优化

文_牛小川 邓新国 顾海风 国华徐州发电有限公司

闭式环冷却水泵是电厂重要辅机之一，在厂用电占据一定的份额。电厂对闭式循环冷却水的需求受环境温度影响较大，夏季需求多，冬季需求少。工频定速泵，靠阀门节流调节的方法显然是不节能的。水泵转速调节的方法一般有两个选择，一是变频调节；二是双速调节。变频调节因投资过高，收回成本时间长，较少使用。双速运行优化，成本低、改造少，是确保闭式冷却水泵平稳节能运行，推动电厂可持续发展的一项可选的举措。

1 项目背景

徐州发电厂2×1000MW机组于2011年12月31日投入商业运行。每台机组配置2台闭式循环冷却水泵，1台运行1台备用。闭式循环冷却水泵属于工频定速运行方式，通过调节阀或手动阀门控制冷却水流量及管网压力，以满足运行需要。对温度调节要求较高的冷却用户，如主机和小机的润滑油冷却器、发电机氢气冷却器、发电机密封油冷却器、发电机水冷系统等，设有单独的温度调节阀。两台机组闭冷水系统均能分别向脱硫系统、空压机、锅炉取样冷却器等提供冷却水，互相满足事故供水。由于季节的变化，环境温度降低，冷却水温也随之变化，因此闭式水各用户所需水量亦随之波动。气温低时，冷却水的用量较少，相应供水阀门或调节阀的开度减小，由此带来的问题是管网内阻力增大，损失增大，水泵效率降低。

2 双速改造参数核算与实际运行采集

首先要进行的是闭式循环冷却水泵电动机双速节能改造项目，将原单速电机改成双速电机。这种方法是利用电机本身条件，将原定子线圈拆除，铁芯清理，更换全部定子线圈，增加改极接线箱，改变接线柱的连接方式，改变电机极数(4、6极)，实现两种转速运行，改造前后的电机参数如表1。

表1 闭式冷却水泵电机改造后参数

由离心泵相似定律知，在不大范围内改变泵的转速泵的效率近似不变，其性能近似关系为：Q1/Q2=n1/n2H1/H2=(n1/n2)2，P1/P2=(n1/n2)3其中Q1、H1、P1、Q2、H2P2分别表示转速n1和n2水泵的流量、扬程和功率。

改造前：闭冷泵转速为1490r/min，额定流量为2700t/h（2700m3/h），额定扬程为50m，功率为560kW。

改造后，闭冷泵高速方式运行与改造前相同。闭冷泵低速方式运行额定工况，经核算流量、扬程、功率情况是：泵转速为1000r/min，额定流量为1862.1t/h（1879m3/h），额定扬程为23.8m，功率为184kW。

由表2可知，通过改变接线，改变电机极数(4、6极)，实现两种转速，低速运行时电流与高速方式比较下降65.31%，电机输出功率也相应减小，可以实现节能运行目的。

表2 闭式冷却水泵电机改造后实际采集数据

3 闭冷水泵双速方式运行风险分析

由于闭冷水泵高、低运行方式不同时，其性能曲线不同，因此并列运行时存在一定的风险。进行闭冷泵高、低速切换时，应制定合适的操作方法，并需联系维护人员密切配合，做好改接线工作及出口阀门的逻辑强制工作，密切监视闭冷水压力变化出现出口门关闭不严、闭冷水压力偏低或其他异常等情况，立即恢复备用高速泵运行。

当环境气温升高时，机组在高负荷下，闭冷泵低速运行将不满足系统的冷却水需求，应当制定低、高速闭冷水泵切换边界条件，及时将闭冷泵切至高速方式运行。

4 闭冷泵双速方式运行试验

为保证机组运行安全，采集数据，探索闭冷泵高、低速切换操作方法，制定低、高速闭冷水泵切换边界条件，进行了一系列实验，如表3～表10所示。

表3 闭冷泵低速方式运行电机空载试验

表4 11号闭冷泵低速方式运行试转参数

表5 12号闭冷泵低速方式运行试转参数

表6 冷态工况下闭冷水泵低速方式运行带系统用户（阀门全开）试验

表7 高速闭冷水泵切至低速闭冷水泵试验

表8 低速闭冷水泵切至高速闭冷水泵试验

表9 机组运行时低速闭冷水泵带系统用户运行的参数采集（冬季）

表10 机组运行时低速闭冷水泵带系统用户的极限试验（初夏）

5 制定低、高速闭冷水泵切换边界条件

当下列任一条件满足时，闭式冷却水泵应由低速闭冷泵切至高速闭冷泵运行：①闭式冷却水泵出口母管压力＜0.42MPa；②水水热交换器闭式冷却水出口母管压力＜0.38MPa；③当水水热交换器出口母管闭式冷却水温度超过28℃时，应手动点开运行的水水热交换器循环水进口门。当水水热交换器循环水进口门全开，且水水热交换器闭式冷却水出口母管＞30℃；④在水水热交换器循环水进口门全开的情况下，水水热交换器出口母管闭式冷却水温度超过28℃且发电机定冷水冷却器冷却水温度调阀开度＞95%；⑤在水水热交换器循环水进口门全开的情况下，发电机氢气冷却器冷却水温度调阀开度＞75%。

6 项目效果

根据计算及实际试验，每年10月份至次年5月闭冷泵低速方式运行，完全可以满足用户需求，有明显的节能效果。低速方式运行18.8A 左右，高速方式电流为 54.2A左右。经统计2019年，1号机组闭式循环冷却水泵低速方式运行204d。

新增效益=运行时间×节约电流×电压×三相系数×功率因数×每度电价，2019年新增效益：

闭式循环冷却水泵双速改造项目施工计划费用30万元，实际发生27万元，运行优化试验使用厂用电费用约0.3万元，共花费27.3万元。不到半年即收回成本。

7 结语

通过试验及运行统计，根据季节特点，及时切换闭冷泵低速运行方式，可以满足各种负荷工况下闭冷水用户的需求，对节约厂用电有明显效果。闭式循环冷却水泵双速改造相较于变频改造，造价低、回收成本快。